Özet: Prefrontal korteksteki ritmik aktivite patlamaları, bir hayvan bir göreve odaklanırken değişkenliği azaltır.
Kaynak: Picower Öğrenme ve Hafıza Enstitüsü
Yeni bilgiyi bilinçli olarak akılda tutma ve manipüle etme yeteneği olan çalışma belleği, iş gerektirir. Özellikle, prefrontal korteksteki katılımcı nöronlar, ister bir dizi yönergeyi hatırlayalım, isterse bu akşamki menü spesiyallerini hatırlayalım, düşüncelerimize odaklanmak için eşzamanlı olarak birlikte çalışmak zorundadır.
MIT’deki Picower Öğrenme ve Bellek Enstitüsü’ne dayalı araştırmacılar tarafından yapılan yeni bir çalışma, bu odaklanmanın nasıl ortaya çıktığını gösteriyor.
Çalışmadaki temel önlem Bilimsel Raporlar nöronların aktivitesinin değişkenliğidir. Bilim adamları, daha az değişkenlik aktivitesinin, göreve daha fazla odaklanmış uyum anlamına geldiği konusunda hemfikirdir. Bu değişkenliğin ölçümleri, gerçekten de insanlar ve hayvanlar laboratuvarda işleyen hafıza oyunları sırasında odaklandığında bu değişkenliğin azaldığını göstermiştir.
2016 ve 2018 yılları arasında yapılan birçok çalışmada baş yazar Mikael Lundqvist ve yardımcı yazar Earl K. Miller, yüzlerce nöronun doğrudan ölçümleri ve titiz modelleme yoluyla, prefrontal korteksteki gama frekansı ritimlerinin, akılda tutulan bilgilerin sinirsel temsilini koordine ettiğini gösterdi. .
Bilgi temsili, tek tek nöronların popülasyonlarının senkronize artışında ölçülebilir. Bu arada beta frekansı ritimleri, beynin bu bilgiyi manipüle etmesini uygular.
Miller’ın “Çalışan Hafıza 2.0” olarak adlandırdığı teori, nöronların sürekli, kalıcı aktivite yoluyla çalışan hafıza bilgisini muhafaza ettiği uzun süredir devam eden bir ortodoksiye meydan okudu.
Nispeten az sayıda nöronda yapılan ortalama ölçümlerden ortaya çıkan bu eski modelin savunucuları, beyin aktivitesinin bilgisayar tabanlı modellemesini kullanarak, değişkenliğin kesintili ritmik aktivite patlamalarından ortaya çıkamayacağını iddia ettiler.
Ancak yeni çalışma, azaltılmış değişkenliğin aslında ortaya çıktığını gösteriyor.
MIT Beyin ve Bilişsel Bilimler Bölümü’nde Picower Profesörü Miller, “Hayvanlar bir göreve odaklanırken ritmik patlamaların değişkenliklerini azalttığını göstermek için prefrontal korteksten kaydedilen gerçek nöral aktiviteyi kullandık” dedi.
Miller, “Önemli işleyen bellek olduğunu düşündüğümüz tüm fenomenler, gama patlamalarını artıran patlamalar, yapmaları gerekeni yapıyor” dedi.
“Hayvanlar işleyen bir hafıza görevi gerçekleştirirken her şey daha fazla odaklanıyor ve bu da doğal olarak değişkenliği azaltıyor. Çalışma belleğinin bu yeni ritmik öğelerinin, faaliyetini eldeki göreve odaklayan beyninizle nasıl tamamen uyumlu olduğunu gösteriyor.”
Doğrudan gözlemler
Çalışmada, Lundqvist ve ekibi, altı hayvan üç farklı işleyen hafıza oyunu oynarken yüzlerce nöron arasındaki gama patlamalarını ve bireysel sinir artışlarını ölçtü. Ayrıca, “Fano faktörü” adı verilen bir hesaplama kullanarak bu aktivitenin denemeden denemeye ne kadar değiştiğini analiz ettiler.
Hayvanlar her görev boyunca ilerledikçe, gama patlamaları ve ani yükselme oranları, görevin talepleri tarafından modüle edilmeleriyle tutarlı olarak, temel dönemden açık farklılıklar gösterdi. Örneğin, bir görevde, hatırlanacak her bir öğe sunulduğunda ve daha sonra hayvanların hafızası test edileceğinde geçici olarak zirve yapacaklardı.
Aktivite görev tarafından açıkça modüle edilirken, denemeden denemeye değişkenlik de öyleydi. Her görevde, değişkenliğin görevler başlamadan önce en yüksek olduğunu buldular – hayvanların istedikleri her şeyi düşünebilecekleri bir “temel” durum. Ancak hayvanlar tekrar göreve odaklanmak zorunda kaldıklarında, gama patlamaları ve sinirsel ani yükselmeler, görevi bir dahaki sefere ya da geçen sefer yaptıklarına çok daha benzer hale geldi. Ayrıca, değişkenlikteki azalmalar, görevin önemli anlarıyla (örneğin, hatırlanacak bir şeyin sunumu) sıkı bir şekilde izlenir.
Miller’in laboratuarında eski bir doktora sonrası doktora öğrencisi olan ve şu anda Stockholm’deki Karolinska Enstitüsü’nde baş araştırmacı olan Lundqvist, “Bulgularımız, çeşitli bilişsel iplikler tarafından dikte edilen nüfus patlaması olaylarının her zaman olduğunu gösteriyor” dedi.
“Belirli bir göreve odaklandığımızda, diğer bilişsel süreçlerle ilgili nüfus olayları sakinleşiyor. Sonuç olarak, tek nöron artışı, o belirli görev tarafından daha fazla dikte edilir.
Değişkenliğin azalması sadece zamanda değil, uzayda da doğruydu. Prefrontal korteksin gama patlamaları ve ani artışların görev bilgisini temsil ettiği alanlar, görev bilgisini temsil etmeyen alanlara göre değişkenlikte çok daha büyük düşüşler gösterdi.
Simülasyon nedensellik önerir
Doğrudan ölçümler, odaklanmış düşünme için görev talepleriyle orantılı olarak değişkenlikte azalmalar gösterirken, ekip ayrıca ani değişkenlikteki azalmaların gama patlaması değişkenliğindeki azalmaların sonucu olup olmadığını da araştırdı.
Gama patlamaları ölçümlerini ve değişkenliklerini kullanarak, gama patlaması varyasyonundaki azalmaların mutlaka artış varyasyonunda azalmaya yol açıp açmadığını görmek için artıştaki varyasyonları simüle ederek oynadılar (örneğin yükselme hızı).
Lundqvist, “Şu anda devam eden bir gama patlaması olayının olup olmadığına bağlı olarak nöronlara iki farklı ateşleme hızı verdiğimiz basit bir model kullandık” dedi.
“Ardından sadece kaydedilen gama patlaması olaylarının zamanlamasına dayanarak binlerce ani tren yaptık. Bu yapay dikenli trenler, orijinal olarak kaydedilenlerle çok benzer değişkenlik değişikliklerine sahipti. Bu, nüfus olaylarına katılımın büyük ölçüde bu azalmayı sağladığını gösteriyor.”
Bilim adamları, toplamda, çalışma belleği görev talepleri ile değişkenliğin azaldığını ve bunun gama ritimlerinin zamanlaması ve yerleşimi tarafından yönlendirildiğini buldular.
Ayrıca bakınız
Yazarlar, “Çalışan bir bellek görevi sırasında görevle ilgili ani yükselme ve gama gücü patlamalarının modülasyonunun, nöral aktivitenin değişkenliğinde çapraz deneme azalmasına yol açtığını bulduk” diye yazdı. “Ayrıca, gama patlamasının değişkenliğinin azalması ile ani artış değişkenliğinin azalması arasında doğrudan bir ilişki olduğunu bulduk. Hem zaman hem de mekanda birlikte meydana geldiler. ”
Makalenin başyazarlarından biri Royal Institute of Technology’den Pawel Herman’dır. Miller, Lundqvist ve Herman’a ek olarak, makalenin diğer yazarları Jonas Rose, Scott Brincat, Melissa Warden ve Timothy Buschman’dır.
Finansman: Deniz Araştırmaları Ofisi, Ulusal Sağlık Enstitüleri, JPB Vakfı, ERC ve İsveç Araştırma Konseyi, çalışma için fon sağladı.
Bu sinirbilim araştırma haberleri hakkında
Soyut
Çalışan bellek sırasında patlama etkinliğinin azaltılmış değişkenliği
Çalışan anıların uzun süredir kalıcı ani artışlarla korunduğu düşünülmüştür.
Bununla birlikte, çoklu elektrot kaydından (ve tek deneme analizlerinden) elde edilen kanıtlar, altta yatan yükselmenin aralıklı aktivite patlamaları ile daha iyi karakterize edildiğini göstermektedir.
Bir karşı argüman, bu aralıklı etkinliğin, görev performansı sırasında ani zaman değişkenliğinin azaldığı gözlemleriyle çeliştiğini öne sürdü.
Bununla birlikte, bu karşı sav, patlamaların zamanlamasındaki rastgelelik gibi doğru olmayabilecek varsayımlara dayanmaktadır. Bu nedenle, değişkenlikteki görevle ilgili azalmaların aralıklı yükselme ile birlikte var olup olamayacağını belirlemek için maymunların prefrontal korteksinden (PFC) ani yükselme ve LFP’leri analiz ettik.
Bunun, hem spiking hem de ilişkili gama patlamalarının rastgele değil, görev modüle edilmiş olması nedeniyle olduğunu bulduk. Aslında, ani değişkenlikteki görevle ilgili azalma, büyük ölçüde gama patlaması değişkenliğinde ilgili bir azalma ile açıklanabilir.
Sonuçlarımız, bilişsel görevler sırasında ani değişkenliğin nasıl azaltıldığına dair yeni mekanik anlayışların yanı sıra, işleyen belleğin aralıklı etkinlik modelleri için daha fazla destek sağlar.
Kaynak ve İleri Okuma: https://neurosciencenews.com/pfc-varability-focus-21363/